新工科背景下计算机组成原理课程混合式教学的改革探索

摘要：为应对新工科建设的需要，计算机组成原理课程需从传统的教学模式中走出来，将混合式教学模式应用到课程中。文章首先分析了传统教学模式下的教学现状，再结合新工科建设要求，从课程内容体系、教学模式入手，构建了混合式教学改革模式，从课前准备、课中讲授、课后总结三个环节探讨混合式教学的具体实施方法。就实施效果来看，课程改革成效显著。该课程的改革探索激发了学生学习积极性和主动性，提高了学生自主学习能力，增强了团队协作精神和创新能力，也为培养具有工程实践能力的新型工科人才奠定了基础。

关键词：新工科；计算机组成原理；混合式教学；改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）23-0165-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

新工科建设的本质在于培养具有创新能力、实践能力和终身学习能力的新型工科人才。计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程[1]，其教学目的在于使学生掌握计算机硬件各组成部件的原理，帮助学生建立计算机系统的整体概念，培养学生设计、开发计算机系统的能力，为进一步学习后续的专业课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础。随着信息化技术的发展，信息技术与教育教学深度融合成为新工科建设[2-3]的重要任务之一。课程应适应新工科建设对人才培养的要求，不断探索教学改革措施，提高课堂教学质量，培养学生的工程实践能力和创新能力。

1 教学现状

计算机组成原理是一门实践性很强的专业基础课，主要涵盖计算机系统的基本组成和工作原理，它是后续课程的基础。该课程既要求学生具有坚实的理论基础，又要有较强的工程实践能力，以满足实际应用的需要。但是，传统教学模式下的教学存在一定问题。

1.1 教学内容相对陈旧，理论知识抽象难懂

一些课程内容多聚焦于计算机硬件及底层工作原理，缺乏与当前工程实践紧密相关的背景知识，难以适应计算机硬件技术快速发展、新技术层出不穷的现状。对于原理性较强的内容，须辅以大量详尽的讲解，且冯·诺依曼体系结构计算机的五大部件复杂度高，概念抽象。加之从硬件层面剖析计算机运行原理，虽便于机器逻辑，却有悖人的思维习惯，使得缺乏良好理论基础的初学者在掌握计算机系统工作原理时面临巨大挑战，进而可能影响学生的学习积极性。

1.2 学生学习方式不当

当前，众多高校在教学大纲与教学设计上已较为完备，符合社会对计算机专业人才培养的期望。然而，一些学生长期形成的应试习惯导致他们更倾向于死记硬背而非深入理解，学习过程中存在重记忆轻理解、作业敷衍了事等问题。学生过分依赖记忆，忽视对原理和内在逻辑的探索，对作业和实验缺乏足够的重视，仅满足于完成任务，缺乏深入思考与探索的精神。

1.3 教学手段单一化

传统教学往往采用教师单向传授、学生被动接受的模式，缺乏互动与探讨的机会，可能限制了学生的参与度和主体性的发挥。此外，计算机领域日新月异，新技术、新理论层出不穷，而传统教学方式因缺乏现代化技术支持，教学手段显得单一，难以满足学生多样化的学习需求。一些传统考核方式偏重期末考试或结合平时成绩，对学生实际操作能力和工程应用能力的评估不足，促使学生偏向理论学习而忽视实践。

1.4 理论与实践脱节

计算机组成原理作为一门理论与实践并重的课程，尽管多数高校设置了实验课程，但实验内容往往较为简化，难以有效提升学生的动手能力和实际操作技能。以武昌工学院该课程为例，实验设计的初衷是通过构建可运行的模型机作为课堂教学的补充，帮助学生掌握计算机各组成部分及整机的工作原理。然而，在实际操作中，部分学生多依据实验指导书进行连线与调试，仅观察信号灯变化，却对实验原理知之甚少，不解信号灯背后的意义，更缺乏对变化原因的思考及实验与理论间联系的探索。若缺乏正确的引导，学生实践能力将得不到实质提升，对理论知识的理解也得不到深化。

2 新工科建设要求

新工科是以“新知识”“新产业”为核心特征的工程教育形态，旨在培养能够适应未来社会发展需求的工程技术人才。为契合新工科建设的需求，在计算机组成原理课程的教学模式中，需着重凸显“新”的元素[4]，主要体现在两方面：一是对知识体系和课程内容的全面更新；二是对人才培养模式进行根本性的变革。这要求我们在传授理论知识时，务必注重理论与实践的结合，着重培养学生的学习能力、创新能力及团队协作精神；而在实践环节，则需确保与后续课程的紧密衔接，使学生掌握现代计算机系统设计的方法论及实现技术。

基于新工科建设的指导原则和计算机组成原理课程的独特性质，笔者将该课程引入了混合式教学模式。通过这一改革尝试，旨在构建一套既符合新工科建设标准，又适应“互联网+”时代特征的混合式教学模式。

3 混合式教学模式构建

混合式教学模式是一种新型教学模式，它以教师为主导、学生为主体，依托在线学习平台，巧妙融合现代教育技术，将线下课堂教学与线上网络教学无缝对接。线下课堂教学侧重知识的直接传授，学生在此过程中相对被动地接收信息；而线上网络课堂教学则更侧重培养学生的自主学习能力、创新思维，并关注学生的学习过程与思维方式的塑造。

混合式教学模式主要由课前准备、课堂讲授与课后总结三个环节构成。1）课前准备是实施混合式教学的基础。在此环节中，教师须精心设计问题，引导学生在线上自主预习相关知识，并将相关资源提前上传至教学资源平台，以便学生提前进行自主学习。学生可结合自身学习状况，更好地掌握教学的重点和难点。2）课堂讲授则是教师与学生进行知识交流与互动的主要平台。在实际讲授过程中，通过问题驱动教学法[5]来激发学生的学习兴趣，提升其实践能力和团队协作能力；借助案例教学，增强学生的实际问题解决能力，提高其思考与分析能力；同时，采用互动式教学，增加学生的课堂参与度，培养其沟通与合作能力。3）课后总结环节则是对课堂讲授内容的深化与拓展。通过复习式总结，帮助学生回顾课堂内容，巩固所学知识点，加深对知识点的理解和记忆；而思考式总结则引导学生对课堂内容进行深入反思与总结，进一步培养其思维能力和创新能力。

具体混合式教学模式如图1所示。

4 课程混合式教学具体实施方法

在计算机组成原理课程的混合式教学中，我们根据设计的混合式教学模式，将课前准备、课堂讲授和课后总结三个环节紧密结合，成功地将学生的学习模式从“被动接受”转变为“主动学习”，显著提升了他们的自主学习能力和创新能力。

4.1 课前准备

在混合式教学的课前准备阶段，教师需充分利用网络平台引导学生进行线上自主预习。教师应以学生为主体，制定明确的学习目标和计划，并准备多样化的教学资源。同时，还需组织学生进行分组讨论，以促进学习交流与合作。具体包括以下方面：

1）制定学习目标和计划。课程开始前，教师应制定具体的学习目标和计划，明确学生需掌握的知识点和技能，并据此制定教学计划。同时，需与学生充分沟通，了解他们的学习状况和需求，以制定符合实际情况的学习计划[6]。

2）建立线上平台，准备教学资源。教师在线上平台建立相应的课程和学习资源，包括课程介绍、课程视频、课件、作业、课件、案例、实验等。教师在对线上平台充分的熟悉和掌握下需要及时回答学生在平台上提出的问题和建议。

3）引导学生自主预习。在课程开始前，教师应通过线上平台发布预习任务和资料，引导学生自主预习，对课程内容形成初步了解。同时，需关注学生预习情况，及时解答疑问。

4）组织学生分组讨论。为了促进学生的学习交流和合作，教师需要组织学生进行分组讨论。教师可以根据学生的学习情况和兴趣爱好，将学生分为若干小组，并安排相应的讨论主题和时间。教师需要及时跟进学生的讨论情况，并给予相应的指导和建议。

4.2 课中讲授

在课堂讲授阶段，教师应综合运用问题驱动教学、案例教学和互动式教学等方法，以学生为主体，实现高效教学。同时，需关注学生的学情，及时给予反馈和评价，促进其全面发展。此外，还应注重理论与实践相结合，不断丰富和完善课程教学内容，以满足工程实际需求。具体实施过程包括：

1）问题驱动教学。在课堂授课之初，教师提出具有启发性的问题，引导学生思考和探究。根据课程内容和学生的学习需求，设计相应的问题，让学生在课堂上进行讨论和解答，以此激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力和创新能力。

2）案例教学。根据授课前准备的典型案例，让学生通过对案例的分析和讨论，深入理解课程内容。教师可以选择与计算机组成原理相关的实际应用案例，让学生了解计算机组成原理在实际中的应用，提高学生的实践能力。

3）互动式教学。在讲授过程中，适时与学生进行互动，包括提问、讨论、小组合作等。通过分组讨论、问题抢答等方式提高学生的课堂参与度，激发他们的学习积极性和主动性。

4.3 课后总结

课后总结阶段充分发挥学生的积极性和主动性。首先，鼓励学生进行复习式总结，通过观看在线视频、阅读课程讲义等方式巩固课堂所学知识；同时，引导学生进行思考式总结，以小组为单位对课程内容进行深入探讨，提出问题、发表观点，加深对知识点的理解；在完成项目作业的过程中，学生不仅需要运用所学知识，还要进行团队协作和沟通，有效提高动手能力和团队协作能力，提高学生的学习效果。

5 课程改革成效分析

计算机组成原理混合式教学改革主要从课程内容体系、教学模式等方面进行，从实施效果来看，课程改革成效显著，主要体现在以下几个方面：

1）学生的学习兴趣显著提高，学生学习自主性和自觉性明显增强。

2）学生自主学习能力提高，知识体系更加完善、知识结构更加合理、创新能力得到加强。

3）学生的团队协作精神得到了提升，通过小组合作探究解决问题的能力明显提高。

4）学生分析问题、解决问题的综合能力得到了加强，通过对计算机组成原理课程知识点的综合运用，培养了学生工程实践能力和创新意识。

6 结束语

目前，在国家新工科建设的积极推动下，教学改革正蓬勃开展。针对新工科建设的需求，笔者从教学内容体系、教学模式等维度出发，设计并实施了基于混合式教学的计算机组成原理课程改革方案，且已在具体教学中得到应用。同时，笔者也清醒地认识到，传统的线上线下教学模式仍存在局限性。在线下教学中，学生课堂参与度不高，教师难以及时掌握学生的提问与学习动态；而在线上教学中，教师则无法直观了解学生的实时学习状况。因此，在推进线上线下混合教学的过程中，强化师生间的互动显得尤为重要，同时应加强对学生的课前引导与课后评价。唯有如此，方能不断完善混合式教学模式，进而提升课堂效率，并有效激发学生的学习主动性和积极性。实践表明，在新工科背景下，计算机组成原理课程的教学改革已取得了显著成效。

然而，研究尽管取得了一定成果，但受限于研究时间和资源等因素，混合式教学方式仍有待进一步精细化，在线学习平台的功能与体验也有待优化。此外，如何更科学、合理地量化学生的各项学习成果，也是未来研究中亟待解决的问题。展望未来，我们将继续深入探索混合式教学改革在高等教育课程中的应用，以期为推动整体教学改革与发展贡献力量。

参考文献：

[1] 丁男，宋嘉琳，董校，等.基于混合式教学模式的计算机组成原理课程建设[J].计算机教育，2021（8）：71-74.

[2] 季超越，王杰，丁丹.新工科背景下医工类专业数学课程体系构建研究[J].科技风，2023（23）：126-128.

[3] 李国举，刘战合，张昕喆，等.新工科背景下线上线下混合式教学改革探究——以飞行器结构设计课程为例[J].科教导刊，2022（23）：49-51.

[4] 李姗珊，尹海云，赵俭斌.新工科课程的线上线下混合式教学改革与探索[J].对外经贸，2022（7）：157-160.

[5] 李亚，孟顺建，王海瑞，等.计算机组成原理课程的任务驱动式混合教学模式设计与实践[J].计算机教育，2022（8）：20-24.

[6] 卢欣欣，李靖，郭丽萍，等.新工科背景下计算机应用型创新人才培养研究[J].科技与创新，2022（8）：104-107.

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